Новая технология позволяет точнее предсказывать, какие световые образы возникают у незрячего человека при электрической стимуляции мозга
Международная группа исследователей из США, Швейцарии и Испании разработала систему на основе искусственного интеллекта, которая позволяет точнее управлять экспериментальным зрительным имплантатом. Технологию испытали на 27-летнем мужчине, потерявшем зрение после черепно-мозговой травмы.
Как сообщает Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (University of California, Santa Barbara), исследование проводилось совместно с учёными Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и испанского Университета имени Мигеля Эрнандеса (Miguel Hernández University). Его результаты опубликованы в научном журнале Neuron.
В отличие от обычных зрительных протезов, которые воздействуют на сетчатку глаза, новая система передаёт электрические импульсы непосредственно в зрительную кору головного мозга – область, отвечающую за обработку визуальной информации.
Такой подход потенциально может помочь людям, утратившим зрение вследствие повреждения глаз или зрительных нервов, если их зрительная кора сохранила способность реагировать на электрическую стимуляцию.
Эксперимент проходил в испанской клинике Hospital IMED Elche. В зрительную кору головного мозга 27-летнего участника исследования временно имплантировали устройство с 96 электродами. Предполагалось, что через шесть месяцев его удалят.
При подаче электрических импульсов мужчина воспринимал так называемые фосфены – световые ощущения, которые могут выглядеть как отдельные точки, вспышки, звёзды или различные геометрические фигуры.
Однако добиться устойчивого и предсказуемого изображения оказалось значительно сложнее. Даже одинаковые электрические сигналы не всегда вызывали одни и те же зрительные ощущения.
Для решения этой проблемы исследователи использовали глубокую нейронную сеть – разновидность искусственного интеллекта, способную анализировать сложные закономерности.
Систему обучили прогнозировать реакцию зрительной коры на различные комбинации электрических импульсов. При этом учитывалась не только сила и последовательность стимуляции, но и активность мозга непосредственно перед её началом.
На основе полученных данных искусственный интеллект подбирал комбинации сигналов, которые с большей вероятностью должны были вызвать определённую нейронную реакцию.
Испытания показали, что предложенный метод позволяет точнее воспроизводить заданные образцы активности мозга, чем использованные для сравнения способы стимуляции. При этом требовалась меньшая сила электрического тока.
Ещё одним важным результатом стало установление связи между активностью нейронов и субъективными зрительными ощущениями человека.
Участник эксперимента сообщал исследователям, видел ли он световую вспышку, а в отдельных испытаниях описывал её форму, размер, яркость и цвет.
Выяснилось, что по зарегистрированной активности мозга можно точнее предсказать эти ощущения, чем по одним только параметрам электрических импульсов.
По словам одного из руководителей исследования, профессора Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Майкла Бейелера (Michael Beyeler), главная трудность заключается в том, что мозг не работает как обычный экран, где каждый пиксель соответствует определённому электрическому сигналу.
Электроды взаимодействуют друг с другом, активность нейронов постоянно меняется, а переданный мозгу сигнал не обязательно вызывает именно то изображение, которое рассчитывают получить исследователи.
Учёные считают, что будущие зрительные протезы должны не просто передавать электрические импульсы, но и постоянно анализировать ответную реакцию мозга, самостоятельно корректируя параметры стимуляции.
Разработанный имплантат позволяет одновременно стимулировать зрительную кору и регистрировать активность нейронов. Благодаря этому искусственный интеллект может учитывать индивидуальные особенности человека и изменения состояния его мозга.
В перспективе подобная технология может сделать искусственное зрение более устойчивым и предсказуемым.
Однако исследователи подчёркивают, что речь пока идёт об экспериментальной разработке. Участник испытаний воспринимал отдельные световые вспышки и формы, а не полноценные изображения окружающего мира.
До создания устройства, способного вернуть человеку возможность свободно ориентироваться в пространстве, распознавать предметы и лица, предстоит решить множество научных и технических задач.
Тем не менее результаты исследования показывают, что искусственный интеллект может стать важным инструментом в разработке нового поколения зрительных нейропротезов, способных адаптироваться к особенностям мозга каждого пациента.
Сообщает МИА «Ratel Media» со ссылкой на Калифорнийский университет в Санта-Барбаре.
